BIOFILME - Capítulo 8 - Tratado de periodontia clinica e implantodontia

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Capítulo 8 
Biofilme Dentário 
Philip David Marsh 
Department of Oral Biology, School of Dentistry, 
University of Leeds, Leeds, Inglaterra 
■Introdução 
O ser humano desenvolveu uma relação íntima e dinâmica com os microrganismos; isso inclui também aqueles que 
constituem a microbiota residente de todas as superfícies do corpo expostas ao ambiente e os que causam doenças. 
Estudos contemporâneos estão demonstrando que a relação com a microbiota residente é altamente interativa e contribui 
imensamente para a saúde do hospedeiro. Essa relação é dinâmica e frágil, e inúmeros fatores, intrínsecos e extrínsecos, 
podem comprometer esse equilíbrio delicado. O entendimento da relação entre o hospedeiro e a microbiota oral é 
fundamental para o manejo clínico efetivo dos pacientes odontológicos, durante a saúde e durante o tratamento de 
doenças. 
Uma estatística notável estima que o corpo humano seja composto por > 1014 células, das quais apenas 10% são de 
mamíferos (Sanders e Sanders, 1984; Wilson, 2005). As demais são microrganismos que constituem as microbiotas 
residentes em todas as superfícies acessíveis do corpo e que, como será discutido posteriormente, conferem benefícios 
significativos ao hospedeiro. Essas microbiotas têm composição diversa, e funcionam como comunidades microbianas 
interativas, nas quais suas propriedades combinadas são maiores do que a soma das atividades das espécies constituintes 
(ver adiante). As microbiotas da pele, da boca e dos sistemas digestório e genital são diferentes entre si, apesar da 
transferência frequente de microrganismos entre esses locais; sua composição característica é uma consequência de 
diferenças significativas das propriedades biológicas e físicas de cada hábitat (Wilson, 2005). Essas propriedades 
determinam que microrganismos são capazes de colonizar com sucesso, e quais predominarão ou serão somente um 
componente inferior da comunidade microbiana estabelecida. 
■Boca como hábitat microbiano 
A boca é semelhante a outros hábitats do corpo, uma vez que tem uma comunidade microbiana característica, a qual 
fornece benefícios ao hospedeiro. Ela é quente e úmida, e possibilita o crescimento de uma ampla variedade de 
microrganismos, incluindo vírus, Mycoplasma, bactérias, Archaea, fungos e protozoários (Wilson, 2005; Marsh e 
Martin, 2009). Esses microrganismos colonizam as superfícies mucosas e dentárias da boca a fim de formar 
comunidades tridimensionais de multiespécies estruturalmente organizadas, denominadas biofilmes. Os biofilmes que 
se formam sobre os dentes são chamados placa dentária. Em geral, a descamação garante que a carga microbiana sobre 
as superfícies da mucosa seja mantida relativamente baixa. Em contrapartida, a boca é um local único do corpo em que 
há superfícies não lisas (dentes, próteses) para colonização microbiana. Isso pode resultar no acúmulo de grande número 
de microrganismos, principalmente em locais propícios ao acúmulo e difíceis de alcançar, a menos que o paciente tenha 
prática eficaz de higiene oral. O foco principal deste capítulo é descrever as propriedades dos biofilmes que se 
desenvolvem sobre os dentes (biofilmes dentários). 
Inúmeros fatores ambientais influenciam a distribuição e a atividade metabólica da microbiota oral residente (Figura 
8.1 A) (Marsh e Devine, 2011). A boca é mantida em temperatura aproximada de 35 a 37°C, que é apropriada para o 
crescimento de uma ampla variedade de micróbios. A temperatura realmente aumenta nos locais subgengivais durante 
a inflamação e isso pode alterar a expressão gênica bacteriana que, por sua vez, pode modificar a competitividade das 
bactérias dentro da comunidade microbiana e favorecer o crescimento e a atividade da protease de alguns supostos 
patógenos periodontais. Embora a boca seja ostensivamente aeróbica, a maioria das bactérias orais é facultativa ou 
obrigatoriamente anaeróbica. A distribuição desses anaeróbicos na boca geralmente está relacionada ao potencial redox 
(Eh), a medida do grau de oxirredução em um local. O sulco gengival tem o Eh mais baixo na boca saudável, e abriga 
o maior número de anaeróbios (Kenney e Ash, 1969). Como as bactérias existem na condição de membros das 
comunidades microbianas, algumas espécies anaeróbicas sobrevivem em hábitats mais aeróbicos por existirem em 
estreita parceria com espécies consumidoras de oxigênio. O metabolismo bacteriano em biofilmes orais maduros resulta 
em acentuados gradientes de oxigênio e Eh, gerando, desse modo, um mosaico de microambientes propícios para o 
crescimento de bactérias com uma variedade de tolerância ao oxigênio. Muitos anaeróbios orais também expressam uma 
variedade de enzimas cuja função é remover níveis baixos de oxigênio no ambiente para capacitar que as bactérias 
sobrevivam. 
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Figura 8.1 Os fatores do hospedeiro que influenciam a composição, a atividade e a estabilidade microbiana da microbiota oral 
residente. A. Inúmeros fatores do hospedeiro ajudam a determinar a composição e a atividade da microbiota oral natural que fornece 
benefícios ao hospedeiro. B. A alteração de um fator ambiental fundamental pode romper a estabilidade natural (homeostase 
microbiana) da microbiota residente em um local e resultar em reorganização da composição e da atividade da comunidade 
microbiana residente; tal mudança pode predispor o local à doença. (Fonte: Adaptada de Marsh e Devine, 2011, de John Wiley & 
Sons.) 
 
Na boca, o pH é um determinante importante da distribuição e do metabolismo bacteriano. A atividade tampão 
da saliva é importante na manutenção do pH intraoral perto da neutralidade, o que é apropriado para o crescimento dos 
elementos da microbiota oral residente. As mudanças no pH do ambiente frequentemente ocorrem e, quando acontecem, 
provocam mudanças importantes na proporção de bactérias nos biofilmes da placa dentária. Após o consumo de açúcar, 
o pH da placa pode cair rapidamente abaixo de 5,0 pela produção de substâncias ácidas por fermentação (Marsh e 
Martin, 2009). Dependendo da frequência da ingestão de açúcar, as bactérias da placa serão expostas a desafios variáveis 
de pH baixo. Muitas das bactérias predominantes na placa, que estão associadas aos locais saudáveis, podem tolerar pH 
baixo por um curto período de tempo, mas são inibidas ou mortas por frequência maior ou exposição prolongada às 
condições ácidas (Svensater et al., 1997). Isso pode resultar no enriquecimento das espécies (acidúricas) acidotolerantes, 
especialmente Streptococcus mutans, bifidobactérias e lactobacilos, que normalmente não são encontradas ou são 
apenas componentes menores na placa dentária em locais saudáveis. Tais mudanças na composição bacteriana da placa 
predispõem uma superfície à cárie dentária. O pH do sulco gengival saudável é de aproximadamente 6,9, mas sobe para 
7,2 a 7,4 durante a inflamação e alguns pacientes têm bolsas com pH médio em torno de 7,8 (Eggert et al., 1991). A 
inflamação resulta no aumento do fluxo do líquido crevicular gengival (GCF; do inglês, gingival crevicular fluid) no 
hábitat subgengival e o aumento do pH é uma consequência do aumento da proteólise bacteriana das proteínas do 
hospedeiro e das glicoproteínas no GCF. Mesmo uma pequena mudança no pH consegue modificar a velocidade de 
crescimento e o padrão da expressão gênica das bactérias subgengivais, e aumenta a competitividade de alguns dos 
supostos patógenos anaeróbicos gram-negativos à custa de espécies associadas à saúde periodontal (McDermid et al., 
1988). 
A saliva e o GCF também têm uma grande influência sobre a distribuição bacteriana, porque eles fornecem várias 
moléculas hospedeiras que são potenciais nutrientes para os microrganismos. Os principais nutrientes, como os 
aminoácidos, as proteínas e as glicoproteínas,são obtidos a partir da saliva e do GCF; a alimentação atua pouco na 
microbiota residente, principalmente pela mudança do pH no catabolismo do açúcar, como discutido anteriormente. O 
metabolismo de moléculas complexas do hospedeiro requer uma ação sequencial ou coordenada dos consórcios de 
bactérias (ver adiante) para alcançar sua completa degradação (Steeg e van der Hoeven, 1989; Homer e Beighton, 1992a 
e b; Bradshaw et al., 1994; Palmer et al., 2006; Periasamy e Kolenbrander, 2009). 
A boca é ricamente dotada de componentes de resposta imune inata (p. ex., lisozima, lactoferrina, sialoperoxidase, 
peptídios de defesa do hospedeiro, neutrófilos etc.) e adaptativa (IgA secretora, IgG etc.) (Marsh e Martin, 2009). 
Também existe a ação do sistema de complemento, que conecta as respostas imunes. Atualmente, existe uma área de 
considerável atividade de pesquisa sobre a relação entre a microbiota residente em qualquer local e as defesas do 
hospedeiro, e sobre como essas comunidades microbianas persistem sem desencadear uma resposta indesejável e 
prejudicial do hospedeiro, enquanto o hospedeiro retém a capacidade de responder a um desafio microbiano genuíno. 
Há cada vez mais evidências de que alguns membros da microbiota oral residente estão envolvidos na interação 
com o hospedeiro para infrarregular as respostas pró-inflamatórias potenciais (Hasegawa et al., 2007; Cosseau et al., 
2008). 
O estilo de vida de um indivíduo pode afetar a distribuição e o metabolismo da microbiota oral (Marsh e Devine, 
2011). O impacto de uma dieta rica em carboidratos fermentáveis já foi discutido. O tabagismo seleciona potenciais 
patógenos periodontais nos biofilmes dentários, e os diabéticos têm uma frequência mais alta de certos patógenos 
periodontais gram-negativos na placa. A composição da microbiota oral também pode mudar com a idade como 
consequência de inúmeros acontecimentos relacionados ao hospedeiro, incluindo a erupção dentária na infância ou o 
declínio da resposta imune na velhice. A influência sobre a prevalência de alguns patógenos periodontais exercida pelos 
hormônios femininos no GCF durante a gravidez é motivo de controvérsia (Adriaens et al., 2009), embora tenha sido 
encontrada correlação entre os níveis de hormônios maternos e o aumento das proporções de anaeróbios pigmentados 
pretos, tais como Porphyromonas gingivalis e Prevotella intermedia, nos biofilmes dentários (Carrillo-de-Albornoz et 
al., 2010). 
Em geral, uma vez estabelecida, a composição da microbiota do biofilme em um local permanece estável com o 
passar do tempo, a menos que uma alteração importante ocorra em um determinante ambiental fundamental, como uma 
mudança substancial na dieta ou uma alteração no estado imune do hospedeiro. Essas modificações podem provocar 
desvios no equilíbrio da microbiota que podem aumentar o risco de doença (Figura 8.1 B). 
■Importância do biofilme e do estilo de vida comunitário para os microrganismos 
Na natureza, a maioria dos microrganismos, incluindo os existentes na boca, está ligada às superfícies na forma de 
biofilmes. Os biofilmes foram definidos como populações microbianas incorporadas à matriz, aderidas entre si e/ou às 
superfícies ou interfaces (Costerton et al., 1995). A capacidade de se ligar e ficar retido a uma superfície é uma estratégia 
de sobrevivência fundamental para a maioria dos procariotos. Os microrganismos se perderiam na boca se eles não se 
ligassem firmemente a uma superfície oral e formassem um biofilme. Os micróbios encontrados em biofilmes com 
múltiplas espécies não são distribuídos aleatoriamente; em vez disso, estão organizados espacial e funcionalmente, e 
muitos biofilmes naturais apresentam microbiota altamente diversa. 
Seria de pouco interesse científico ou clínico se as propriedades dos biofilmes fossem simplesmente aquelas das 
células planctônicas (meio de cultura líquido) ligadas a uma superfície e se as propriedades das comunidades 
microbianas fossem meramente a soma das propriedades das espécies constituintes. Entretanto, estudos estabeleceram 
que a expressão gênica bacteriana pode se alterar significativamente quando as células formam um biofilme, resultando 
em muitos microrganismos com um fenótipo radicalmente diferente depois da ligação a uma superfície (Marsh, 2005). 
Além disso, a ligação de bactérias a receptores hospedeiros específicos também pode desencadear mudanças 
significativas nos padrões da expressão gênica celular do hospedeiro. A maioria dos biofilmes naturais contém múltiplas 
espécies que exibem uma ampla gama de interações físicas, metabólicas e moleculares e são chamados de comunidades 
microbianas. Esse estilo de vida comunitário fornece vários potenciais benefícios para os microrganismos participantes 
(Caldwell et al., 1997; Shapiro, 1998; Marsh e Bowden, 2000), incluindo: 
•Gama mais ampla de hábitats para crescimento. Por exemplo, o metabolismo dos colonizadores primários altera 
o ambiente local, tornando as condições apropriadas para a ligação e o crescimento das espécies tardias (e, algumas 
vezes, mais exigentes) 
•Aumento da diversidade e eficiência metabólica. As moléculas que normalmente são recalcitrantes ao catabolismo 
pelos microrganismos individuais podem frequentemente ser decompostas pelos consórcios microbianos 
•Maior tolerância ao estresse ambiental, aos agentes antimicrobianos e às defesas do hospedeiro. As células 
vizinhas de uma espécie diferente podem produzir enzimas neutralizantes (betalactamase, IgA protease, catalase 
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etc.) que protegem microrganismos inerentemente suscetíveis aos inibidores (Brook, 1989). A transferência gênica 
horizontal é também mais eficiente nos biofilmes com múltiplas espécies (Molin e Tolker-Nielsen, 2003; Wilson e 
Salyers, 2003). As comunidades microbianas podem também proporcionar proteção física contra a fagocitose para 
as células localizadas profundamente em um consórcio espacialmente organizado (Costerton et al., 1987; Fux et al., 
2005) 
•Capacidade aprimorada de causar doença. Os abscessos são exemplos de infecções polimicrobianas nas quais os 
microrganismos, que individualmente não causam doença, são capazes de fazê-lo quando estão presentes como um 
consórcio (sinergismo patogênico) (van Steenbergen et al., 1984). 
Portanto, as comunidades microbianas exibem propriedades emergentes. Em outras palavras, as propriedades da 
comunidade são mais do que a soma de suas populações componentes. 
Uma consequência clínica importante da organização estrutural e funcional dos biofilmes com múltiplas espécies é 
a sua suscetibilidade reduzida aos agentes antimicrobianos (Gilbert et al., 1997; Ceri et al., 1999; Stewart e Costerton, 
2001; Gilbert et al., 2002). Convencionalmente, a sensibilidade das bactérias aos agentes antimicrobianos é determinada 
pelo crescimento delas em meio de cultura líquido e a determinação da concentração inibidora mínima (MIC; do 
inglês, minimum inhibitory concentration) ou da concentração bactericida mínima (MBC; do inglês, minimum 
bactericidal concentration). A MIC de um microrganismo crescendo sobre uma superfície pode ser 2 a 1.000 vezes 
maior do que a das mesmas células crescendo planctonicamente (Stewart e Costerton, 2001), com biofilmes mais velhos 
sendo mais recalcitrantes. 
Os mecanismos subjacentes à tolerância aumentada dos biofilmes aos agentes antimicrobianos ainda são tema de 
muita pesquisa (Stewart e Costerton, 2001; Gilbert et al., 2002). A resistência convencionalmente se desenvolve em 
virtude de mutações que afetam o alvo do medicamento, da existência de bomba de efluxo ou da produção de enzimas 
modificadas etc., mas até mesmo bactérias sensíveis se tornam menos suscetíveis quando crescem sobre uma superfície. 
A estrutura de um biofilme restringe a penetração do agente antimicrobiano; inibidores com carga elétrica conseguem 
se ligar apolímeros com carga elétrica oposta que constituem a matriz do biofilme (teoria da reação–difusão). O agente 
também pode ser adsorvido aos microrganismos e inibi-los na superfície do biofilme, deixando células nas partes 
profundas do biofilme relativamente não afetadas. A matriz no biofilme também pode ligar-se a enzimas neutralizantes 
(p. ex., betalactamase) e retê-las em concentrações que poderiam inativar um antibiótico ou um inibidor (Allison, 2003). 
Como afirmado anteriormente, bactérias que crescem em uma superfície exibem um novo fenótipo, o que pode resultar 
em sensibilidade reduzida aos inibidores, porque o alvo do medicamento pode ser modificado ou não expresso ou o 
microrganismo pode usar estratégias metabólicas alternativas. Em um biofilme estabelecido, as bactérias crescem 
lentamente em condições de depleção de nutrientes e, como consequência, são muito menos suscetíveis do que as células 
que se dividem mais rápido. Além disso, também foi proposto que o ambiente na parte profunda do biofilme é 
desfavorável para a ação ótima de alguns medicamentos (Gilbert et al., 2002). Uma hipótese sugere que o aumento da 
tolerância de alguns biofilmes a antibióticos deve-se principalmente à existência de uma subpopulação de 
microrganismos “persistentes”, que são células sobreviventes especializadas (Keren et al., 2004). 
As mais diversas coleções de microrganismos orais são encontradas nos biofilmes sobre os dentes (placa dentária). 
(Aas et al., 2005; Marsh e Martin, 2009; Papaioannou et al., 2009; Dewhirst et al., 2010). É muito comum vermos o 
termo “biofilme dentário” usado em vez do termo original “placa dentária”. Isso não significa que o trabalho original 
realizado sobre “placa dentária” seja agora inválido ou irrelevante. Em vez disso, enfatiza-se que os princípios mais 
amplos derivados do trabalho sobre biofilmes, advindos de todo o espectro de hábitats microbiológicos, são diretamente 
relevantes para os biofilmes dentários e vice-versa. 
■Formação dos biofilmes dentários 
Uma sequência ordenada de acontecimentos leva à formação de um biofilme microbiano, rico em espécies, estrutural e 
funcionalmente organizado (Socransky e Haffajee, 2002; Marsh, 2005; Kolenbrander et al., 2006; Marsh et al., 2011) 
(Figura 8.2). Os diferentes estágios da formação do biofilme dentário incluem: 
•Adsorção de um filme de condicionamento (película adquirida) 
•Adesão reversível entre a superfície da célula microbiana e o filme de condicionamento 
•Ligação mais estável envolvendo as interações de moléculas específicas na superfície celular microbiana (adesinas) 
e as moléculas complementares (receptores) presentes no filme de condicionamento 
•Coadesão, na qual colonizadores secundários aderem a receptores em bactérias já ligadas (Kolenbrander et al., 
2010), resultando em aumento da diversidade microbiana 
•Multiplicação das células ligadas, resultando em aumento da biomassa e síntese de exopolímeros para formar a 
matriz do biofilme (maturação da placa) 
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•Desprendimento das células ligadas para promover colonização de outros locais. 
Esses estágios serão agora descritos com maiores detalhes. 
■Formação do filme de condicionamento 
As bactérias raramente colonizam esmalte limpo. Segundos após a erupção ou depois da limpeza, as superfícies dentárias 
se tornam cobertas com um filme de condicionamento de moléculas (proteínas biologicamente ativas, fosfoproteínas e 
glicoproteínas) derivadas principalmente da saliva (mas também do GCF e das próprias bactérias) (Hannig et al., 2005). 
O filme de condicionamento altera as propriedades biológicas e químicas da superfície, e a composição da película 
influencia diretamente o padrão da colonização microbiana subsequente. Os microrganismos interagem diretamente 
com esse filme de condicionamento (Figura 8.3). 
 
 
Figura 8.2 Representação esquemática dos diferentes estágios na formação dos biofilmes dentários. A. A película se forma sobre 
superfície dentária limpa (1). As bactérias são transportadas passivamente para as superfícies dentárias (2 I), nas quais elas podem 
ser mantidas de modo reversível por fracas forças de atração de longo alcance (2 II). B. A ligação se torna mais estável graças a 
interações moleculares estereoquímicas específicas entre adesinas na bactéria e receptores complementares na película (3), e 
colonizadores secundários se ligam aos colonizadores primários já ligados por interações moleculares (coadesão) (4). C. O 
crescimento resulta em maturação do biofilme, facilitando uma ampla gama de interações intermicrobianas (sinérgicas e 
antagônicas) (5). Em algumas ocasiões, as células se desprendem e colonizam outros locais (6). (Fonte: Marsh e Martin, 2009. 
Reproduzida, com autorização, de Elsevier.) 
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■Ligação reversível e mais estável 
Inicialmente, somente um número limitado de espécies bacterianas consegue se ligar ao filme de condicionamento. As 
bactérias podem ser reversivelmente mantidas perto da superfície por forças físico-químicas fracas, de longo alcance, 
entre a carga elétrica das moléculas na superfície recoberta por película e aquelas na superfície celular (Bos et al., 1999). 
Essa adesão reversível cria oportunidade para o estabelecimento de uma ligação mais forte e mais estável. As moléculas 
(adesinas) nesses primeiros colonizadores bacterianos (principalmente estreptococos, p. ex., Streptococcus 
mitis, Streptococcus oralis) conseguem se ligar a receptores complementares na película adquirida para tornar mais forte 
a ligação (Busscher et al., 2008; Nobbs et al., 2011). Espécies individuais conseguem utilizar múltiplas adesinas 
(Nobbs et al., 2011); nas bactérias gram-positivas, várias famílias de proteínas de superfície atuam como adesinas, 
incluindo repetições ricas em serina, famílias de antígenos I/II e de pilus. Nas bactérias gram-negativas, proteínas 
ligadoras de matriz extracelular autotransportadoras e pili funcionam como adesinas (Nobbs et al., 2011). 
 
 
Figura 8.3 Microscopia eletrônica ilustrando uma película de 4 horas com uma única célula bacteriana unida. (Fonte: Brecx et al., 
1981. Reproduzida, com autorização, de John Wiley & Sons.) 
■Coadesão 
Uma vez ligados, os colonizadores pioneiros começam a se multiplicar. O metabolismo dessas bactérias que se ligam 
precocemente modifica o ambiente local tornando-o, por exemplo, mais anaeróbico depois do consumo de oxigênio e 
do aparecimento de produtos finais do metabolismo. Conforme o biofilme se desenvolve, as adesinas na superfície 
celular dos colonizadores secundários mais exigentes, como os anaeróbios obrigatórios, ligam-se aos receptores das 
bactérias já conectadas, por um processo chamado co-agregação, e a composição do biofilme se torna mais diversa (um 
processo chamado sucessão microbiana) (Kolenbrander et al., 2006) (Figuras 8.4 e 8.5). Um microrganismo 
fundamental no desenvolvimento da placa do biofilme é Fusobacterium nucleatum. Essa espécie consegue coaderir à 
maioria das bactérias orais e atua como um importante microrganismo de conexão entre as espécies colonizadoras 
iniciais e tardias. A coadesão ajuda a garantir que as bactérias “coabitem” com outros microrganismos com funções 
metabólicas complementares. 
 
Figura 8.4 Corte semifino de um biofilme supragengival sobre o esmalte (E) que foi dissolvido antes do corte. Ampliação 750×. 
(Fonte: Listgarten, 1976. Reproduzida, com autorização, de American Academy of Periodontology.) 
 
Figura 8.5 Corte fino de biofilme supragengival. Predomínio de microrganismos filiformes. Na superfície, alguns desses 
microrganismos estão circundados por cocos; a configuração parece uma espiga de milho. Ampliação 1.400×. (Fonte: Listgarten, 
1976. Reproduzida, com autorização, de American Academy of Periodontology.) 
■Maturaçãoda placa 
Algumas das bactérias unidas sintetizam polímeros extracelulares (a matriz da placa) que consolidam a união do 
biofilme. A matriz é mais do que um mero arcabouço para o biofilme; ela consegue ligar-se a moléculas e retê-las, 
incluindo enzimas, e também retardar a penetração de moléculas com carga elétrica no biofilme (Allison, 2003; Vu et 
al., 2009; Marsh et al., 2011). Os biofilmes são espacial e funcionalmente organizados, e as condições heterogêneas 
dentro deles induzem novos padrões de expressão gênica bacteriana, enquanto a proximidade de diferentes espécies 
fornece oportunidade para interações (Kuramitsu et al., 2007; Hojo et al., 2009; Marsh et al., 2011). Exemplos dessas 
interações incluem: 
•O desenvolvimento de cadeias alimentares (nas quais o produto final do metabolismo de um microrganismo é 
usado como nutriente principal por consumidores secundários) e cooperação metabólica entre as espécies para 
catabolizar macromoléculas estruturalmente complexas do hospedeiro. Essas interações aumentam a eficiência 
metabólica da comunidade microbiana (Periasamy e Kolenbrander, 2010; Marsh et al., 2011) 
•Sinalização célula–célula. As bactérias da placa comprovadamente se comunicam umas com as outras, de forma 
dependente da densidade celular via pequenas moléculas difusíveis, usando estratégias semelhantes às descritas para 
outros biofilmes, como, por exemplo, a secreção de pequenos peptídios pelas bactérias gram-positivas para 
coordenar a expressão gênica entre as células de espécies semelhantes (Suntharalingam e Cvitkovitch, 2005). 
Em Streptococcus mutans, a detecção de quórum é mediada por um peptídio estimulador de competência (CSP; do 
inglês, competence stimulating peptide) (Li et al., 2002). Esse peptídio também induz a competência genética em S. 
mutans, de modo que a frequência de transformação de S. mutans que cresce em biofilme é 10 a 600 vezes maior 
do que a das células planctônicas. As células lisadas nos biofilmes poderiam, então, agir como doadoras de DNA, 
aumentando a oportunidade para transferência gênica horizontal na placa dentária. Esse sistema de detecção de 
quórum também regula a tolerância a ácido nos biofilmes com S. mutans. Foi proposto que S. mutans, quando 
exposto a pH baixo, poderia liberar CSP e iniciar uma resposta “protetora” coordenada entre as células vizinhas 
contra esse estresse potencialmente letal. 
Outros sistemas de comunicação atuam entre diferentes espécies orais (Kolenbrander et al., 2002). 
Genes LuxS codificam um autoindutor-2 (AI-2) e foram detectados em vários gêneros de bactérias orais gram-positivas 
e gram-negativas, implicando que o AI-2 pode sinalizar uma ampla variedade de espécies. Vários supostos patógenos 
periodontais (F. nucleatum, P. intermedia, P. gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitans) secretam um sinal 
relacionado ao AI-2 (Fong et al., 2001; Frias et al., 2001). 
Associações celulares características podem ser vistas na placa dentária madura, com formações semelhantes a 
“espigas de milho” (nas quais células de formato esférico unem-se ao longo da extremidade de microrganismos 
filamentosos; Figura 8.6) e formações “em escova de mamadeira” (bactérias bacilares projetam-se perpendicularmente 
de filamentos bacterianos) (Zijnge et al., 2010). Isso será discutido na próxima seção. 
 
A estrutura dos biofilmes facilita a probabilidade de a transferência gênica horizontal ter sucesso. Conforme 
discutido antes, moléculas sinalizadoras, como os CSP, aumentam bastante a capacidade de as células recipientes nos 
biofilmes captarem DNA. A transferência de transpósons conjugados codificando a resistência à tetraciclina entre 
estreptococos foi demonstrada em modelos de biofilmes. O isolamento de bactérias patogênicas (S. pneumoniae) e 
residentes da nasofaringe (S. mitis, S. oralis) com genes de resistência à penicilina, mostrando uma estrutura comum em 
mosaico, confirma que a transferência gênica pode ocorrer in vivo (Dowson et al., 1990; Hakenbeck et al., 1998). 
Evidências semelhantes sugerem o compartilhamento de genes responsáveis pelas proteínas ligadoras de penicilina 
entre Neisseria comensais e patogênicas (Bowler et al., 1994). 
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Figura 8.6 Formações em “espiga de milho” podem ser vistas na superfície do biofilme mostrado nas Figuras 8.4 e 8.5. Ampliação 
1.300×. Barra 1 μm. (Fonte: Listgarten, 1976. Reproduzida, com autorização, de American Academy of Periodontology.) 
■Estruturas dos biofilmes dentários 
Estudos iniciais usando microscopia eletrônica (EM; do inglês, electron microscopy) forneceram informações 
importantes sobre a estrutura da placa dentária de diferentes locais e revelaram biofilmes contendo uma gama de tipos 
morfológicos de microrganismos, frequentemente em uma estrutura compacta. Mais recentemente, a microscopia 
confocal a laser tem sido usada, a qual não exige o tipo de processamento da amostra usado para microscopia eletrônica, 
com as amostras podendo ser vistas no estado natural, hidratadas. Na microscopia confocal, os biofilmes são seccionados 
opticamente e reconstruídos como estruturas tridimensionais, com o uso de software apropriado. O uso da microscopia 
confocal confirma que a placa dental também pode ter uma arquitetura aberta similar àquela dos biofilmes de outros 
hábitats. Foram observados canais nos biofilmes, embora eles também contenham exopolímeros (Wood et al., 2000; 
Auschill et al., 2001). Várias técnicas de microscopia também podem ser combinadas com novos métodos de coloração, 
para dar maiores detalhes sobre a composição e a organização desses biofilmes. Por exemplo, o uso de corantes para 
microrganismos vivos/mortos tem indicado que a vitalidade bacteriana varia em todo o biofilme, com a presença mais 
viável de bactérias na parte central da placa e revestindo as cavidades e canais (Auschill et al., 2001). Essa arquitetura 
mais aberta deve permitir que as moléculas facilmente se movam para dentro e para fora da placa, mas a matriz formada 
por uma gama diversa de exopolímeros cria um ambiente complexo para a previsão acurada da penetração e da 
distribuição de moléculas na placa (Robinson et al., 1997; Thurnheer et al., 2003; Marcotte et al., 2004), incluindo o 
fornecimento de cuidado oral e agentes terapêuticos. A hibridização fluorescente in situ (FISH; fluorescent in 
situ hybridization), na qual uma sonda fluorescente combinada com outra, oligonucleotídica específica para um 
microrganismo específico, consegue mostrar a localização desses micróbios, incluindo espécies não cultiváveis, no 
biofilme (Marsh et al., 2011; Zijnge et al., 2010) (Figura 8.7). 
Os biofilmes da placa supragengival parecem ter estrutura bastante heterogênea quando vistos com o uso de sondas 
FISH projetadas contra várias espécies bacterianas (Zijnge et al., 2010). A placa subgengival tem uma arquitetura ainda 
mais complexa. Os estudos mais antigos que utilizavam microscopia óptica convencional identificaram biofilmes 
associados ao dente e à célula epitelial distintos, com a possibilidade de uma zona menos densa de microrganismos entre 
as duas (Socransky e Haffajee, 2002). 
A coadesão é considerada importante no desenvolvimento temporal e espacial dos biofilmes subgengivais. Muitos 
dos supostos patógenos que podem ser encontrados na placa dentária subgengival saudável são encontradas em pequeno 
número, e permanecem por unir-se aos primeiros estreptococos e Actinomyces colonizadores (Kuboniwa e Lamont, 
2010). Essas comunidades microbianas complexas em desenvolvimento praticam inúmeras interações metabólicas para 
sobreviverem. 
Foram observados recentemente biofilmes subgengivais diretamente sobre dentes extraídos e a identificação e a 
localização das bactérias foram investigadas com o uso de FISH (Zijnge et al., 2010). A arquitetura dos biofilmes 
subgengivais mostrou ser complexa, com aidentificação de quatro camadas. A camada basal era composta de bactérias 
bacilares (Actinomyces spp.) unidas perpendicularmente à superfície do dente, havendo acima uma camada 
intermediária composta por muitas células fusiformes, tais como F. nucleatum e Tannerella forsythia. Nessa camada 
superior, estavam muitos supostos patógenos periodontais, como P. gingivalis, Porphyromonas endodontalis, P. 
intermedia e Parvimonas micra. A quarta camada de células não unidas era constituída principalmente por espiroquetas. 
Além disso, Synergistetes spp. formavam uma camada em paliçada ao longo da parte externa do biofilme e estavam em 
contato direto com as células imunes do hospedeiro. Essas bactérias são muito difíceis de crescer em cultura pura (a 
maioria é atualmente “não cultivável”), mas podem constituir uma considerável proporção de placa subgengival e a 
localização delas indica uma participação importante na modulação das interações dos biofilmes com o hospedeiro 
(Zijnge et al., 2010). Os estudos com FISH permitem a identificação das espécies envolvidas nos agregados 
característicos observados nos biofilmes subgengivais. Os lactobacilos formaram o eixo central de algumas das “escovas 
de mamadeira”, com microrganismos como Tannerella, F. nucleatum e Synergistetes spp., irradiando-se dessa célula 
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central. As estruturas semelhantes a espigas de milho constituídas por estreptococos aderidos ao eixo central de 
leveduras ou de hifas foram observadas por FISH (Zijnge et al., 2010). Estruturas semelhantes a espigas de milho 
formadas entre estreptococos e Corynebacterium matruchotii e entre Veillonella spp. e Eubacterium spp. também 
foram relatadas. 
 
 
Figura 8.7 Amostras de biofilmes subgengivais com várias espécies orais detectadas por hibridização fluorescente in 
situ (FISH). A. Aglomerados de Fusobacterium spp. (magenta) e Prevotella intermedia (amarelo). B. Espiroquetas não cultiváveis 
(laranja) e Fusobacterium spp. (azul-claro). (Fonte: Marsh e Moter, 2011a. Reproduzida, com autorização, de John Wiley & Sons.) 
 
O metabolismo bacteriano nas placas resulta no desenvolvimento de gradientes nos biofilmes dentários com parâmetros 
que são críticos para o crescimento microbiano (nutrientes, pH, oxigênio etc.). Esses gradientes não são necessariamente 
lineares; o uso de microscopia de excitação de dois fótons associada à imagem fluorescente demonstrou 
considerável heterogeneidade no pH sobre relativamente curtas distâncias em modelos de biofilmes orais de culturas 
misturadas (Vroom et al., 1999). Tal heterogeneidade ambiental permitirá que bactérias exigentes sobrevivam na placa 
e possibilitará que os microrganismos que seriam incompatíveis um com o outro coexistam em um ambiente mais 
homogêneo. Isso explica como os microrganismos com necessidades metabólicas e de crescimento, aparentemente 
contraditórias (p. ex., em termos de demandas atmosféricas e nutricionais), sejam capazes de persistir no mesmo local. 
■Composição microbiana dos biofilmes dentários 
Como discutido anteriormente, a boca suporta o crescimento de uma microbiota característica que inclui 
vírus, Mycoplasma, bactérias, Archaea, fungos e protozoários (Marsh e Martin, 2009). As bactérias são o grupo mais 
numeroso e inicialmente eram caracterizadas com o uso de abordagens tradicionais de cultura. 
Com o passar do tempo, tornou-se aparente que havia uma grande discrepância entre o número de bactérias em uma 
amostra, que poderia estar crescendo por essas abordagens convencionais, e aquele observado diretamente por 
microscopia (Choi et al., 1994; Paster et al., 2001). É estimado que somente cerca de 50% da microbiota oral residente 
possam, atualmente, ser cultivados puros em laboratório (Wade, 1999, 2002). Isso pode se dever à nossa ignorância 
sobre as demandas de crescimento de algumas espécies, mas provavelmente também reflete nossa ingenuidade na 
tentativa de isolar em cultura pura micróbios que evoluíram durante milênios crescendo com outras espécies como parte 
de uma comunidade (Vartoukian et al., 2010a e b). 
Nosso conhecimento da riqueza e da diversidade da microbiota oral residente foi melhorada pela recente aplicação 
de abordagens moleculares independentes de cultura (Pozhitkov et al., 2011; Wade, 2011). Os dados acumulados a 
partir de inúmeros estudos de diferentes superfícies e locais com base na amplificação, clonagem e sequência do 
gene 16S rRNA identificaram cerca de 900 espécies na boca. A maioria dos locais (mucosa ou placa) produziu de 20 a 
30 diferentes espécies predominantes, enquanto o número de espécies por boca individual pode variar de 34 a 72 (Aas et 
al., 2005). Entretanto, esses números podem ainda estar subestimados e o uso de uma próxima geração de plataformas 
sequenciais mais potentes de alta produtividade detectará melhor as espécies menos abundantes. 
Um projeto em andamento é o “Microbioma Oral Humano”, que pretende identificar e caracterizar todos os 
elementos residentes da microbiota oral encontrados na saúde e na doença (Dewhirst et al., 2010). Os dados estão sendo 
colocados na plataforma pública acessível do banco de dados do projeto (http://www.homd.org), que também alimenta 
informações para o Projeto Microbioma Humano. Está fora do âmbito deste capítulo descrever as propriedades dos 
elementos da microbiota oral humana e recomendamos ao leitor procurar esse site ou outros textos especializados para 
maiores detalhes (Marsh e Martin, 2009). 
Os biofilmes se desenvolvem sobre as superfícies mucosas e dentárias, e a composição microbiana desses biofilmes 
varia nos diferentes locais sobre o dente (fissuras, superfícies adjacentes, sulco gengival), refletindo as diferenças 
inerentes de anatomia e biologia (Figura 8.8) (Aas et al., 2005; Sachdeo et al., 2008; Marsh e Martin, 2009; 
Papaioannou et al., 2009). As propriedades de cada hábitat selecionarão aqueles microrganismos que estão mais bem-
adaptados às condições prevalentes e são capazes de persistir. Isso também significa que qualquer mudança no ambiente 
irá impactar diretamente a composição e a atividade do biofilme. O restante deste capítulo focará nas propriedades dos 
biofilmes dentários. 
A microbiota normal das fissuras é relativamente escassa e os microrganismos existentes têm um metabolismo 
sacarolítico (i. e., a energia deles provém do catabolismo de açúcar) e eles são tanto aeróbicos quanto anaeróbicos 
facultativos. As bactérias predominantes são os estreptococos, muitos dos quais produzem polissacarídios 
extracelulares, e microrganismos gram-negativos ou anaeróbicos (Theilade et al., 1982). As propriedades desse local 
são fortemente influenciadas pela saliva. 
Em contraste, o sulco gengival tem uma microbiota mais diversa, incluindo muitas espécies anaeróbicas gram-
negativas e proteolíticas, o que se deve ao baixo Eh desse local e ao fornecimento de um conjunto de proteínas e 
glicoproteínas diferentes pelo GCF (Slots, 1977). Os anaeróbios pigmentados pretos têm uma demanda absoluta de 
hemina para seu crescimento e esses microrganismos conseguem obter esse cofator a partir da degradação de moléculas 
do hospedeiro contendo heme existentes no GCF. Os estudos moleculares usando abordagens independentes de cultura 
têm enfatizado o fato de que o sulco gengival suporta as mais diversas comunidades microbianas quando a boca está 
saudável, com 40% dos clones amplificados representando novos filotipos. Muitas espécies atualmente não cultiváveis 
podem ser detectadas nesse local (Figuras 8.7b e 8.8). 
As superfícies adjacentes têm microbiota de composição intermediária entre a das fissuras e a do sulco gengival, e 
também abriga muitas espécies anaeróbicas. Esses locais têm altas proporções de Actinomyces spp. (Bowden et al., 
1975). 
 
 
Figura 8.8 Predominância de grupos de bactérias encontradas em diferentes locais sobre a superfíciedentária, e características 
fundamentais de todos os hábitats. 
 
Como discutido anteriormente, a composição da microbiota residente de qualquer local, uma vez estabelecida, 
permanece relativamente estável com o passar do tempo, a menos que haja mudanças acentuadas no hábitat. Essa 
estabilidade, denominada homeostase microbiana, não resulta de indiferença metabólica da microbiota residente, mas 
reflete um estado altamente dinâmico no qual as proporções relativas das espécies individuais são mantidas equilibradas 
graças a inúmeras interações sinérgicas e antagônicas, descritas anteriormente (Marsh, 1989). Esse equilíbrio natural é 
mantido apesar do contínuo controle das defesas do hospedeiro e à regular exposição da boca a inúmeros pequenos 
estresses ambientais, tais como alimentação, mudanças no fluxo salivar e higiene oral (ver Figura 8.1 A). Entretanto, a 
homeostase microbiana pode ser interrompida ocasionalmente se um dos parâmetros fundamentais que afeta o 
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crescimento for modificado e essa alteração for suficientemente forte ou regular para resultar na reorganização da 
composição do biofilme, com crescimento de componentes que antes existiam em menor número (ver Figura 8.1 B). 
Tais alterações podem se dever a fatores imunológicos (p. ex., disfunção neutrofílica, imunossupressão etc.) ou aos não 
imunológicos (p. ex., xerostomia, mudança alimentar etc.), e podem predispor o local à doença (Marsh e Martin, 2009; 
Marsh et al., 2011b) e formam a base da “hipótese da placa ecológica” (Marsh, 2003) que descreve a relação dinâmica 
entre a microbiota oral e o hospedeiro na saúde e na doença. 
■Benefícios da microbiota oral residente para o hospedeiro 
O hospedeiro tem uma sofisticada gama de defesas fornecidas pelas divisões inata e adaptativa do sistema imune; a 
principal função é proteger os tecidos contra colonização e invasão microbianas. Apesar dessas defesas do hospedeiro, 
ele tem evoluído há milênios para suportar uma microbiota residente complexa e, à primeira vista, isso pode parecer 
paradoxal (o “paradoxo comensal”) (Henderson e Wilson, 1998). Agora é aparente que a microbiota residente confere 
considerável benefício ao hospedeiro e que esses micróbios naturais residentes são essenciais para o desenvolvimento 
normal da fisiologia, da nutrição e das defesas do hospedeiro (Marsh, 2000; Wilks, 2007) (Figura 8.9). 
 
 
Figura 8.9 Funções benéficas da microbiota oral residente. 
 
Os mecanismos biológicos, que permitem uma coexistência construtiva entre o hospedeiro e a microbiota residente 
enquanto estimulam o hospedeiro para reter a capacidade de reagir às agressões exógenas microbianas, estão agora 
sendo dissecados. O hospedeiro não é indiferente às diversas comunidades microbianas que residem nas suas superfícies. 
Ele está ativamente envolvido nas trocas com sua microbiota residente para manter efetivamente uma relação 
construtiva. O hospedeiro consegue detectar os microrganismos e tem sistemas evoluídos para possibilitá-lo a tolerar os 
microrganismos residentes sem iniciar uma reação inflamatória danosa, enquanto também é capaz de montar uma defesa 
eficiente contra os patógenos. As bactérias patogênicas e as não patogênicas podem iniciar diferentes modos de 
sinalização intracelular e inativar inúmeras reações nas células epiteliais (Canny e McCormick, 2008; Hooper, 2009; 
Neish, 2009). Certos estreptococos orais mostraram suprimir a expressão de citocinas da célula epitelial (Hasegawa et 
al., 2007; Peyret-Lacombe et al., 2009). Streptococcus salivarius K12 não somente infrarregula a reação das células 
epiteliais inflamatórias pela inibição da via NF-κB, mas também estimulou ativamente vias benéficas, incluindo 
respostas de interferona dos tipos I e II e os efeitos significativos exercidos sobre o citoesqueleto e as propriedades 
adesivas da célula do hospedeiro (Cosseau et al., 2008). O paradigma “comunismo comensal” propõe que nossa 
microbiota e a mucosa oral formam um “tecido” unificado no qual a troca entre o micróbio e o hospedeiro seja finalmente 
equilibrada para assegurar sobrevida microbiana e prevenir a indução de inflamação danosa (Henderson e Wilson, 1998). 
Um dos principais benefícios da existência de uma microbiota residente em um local é a capacidade de prevenir a 
colonização por microrganismos exógenos (e geralmente patogênicos). Essa propriedade, denominada “resistência à 
colonização” (Van der Waaij et al., 1971), deve-se a várias propriedades dos micróbios residentes, incluindo (1) 
união mais efetiva aos receptores do hospedeiro, (2) competição por nutrientes endógenos, (3) criação de condições de 
crescimento desfavoráveis à união e multiplicação sem estímulo dos microrganismos invasores, e (4) produção de 
substâncias antagônicas (peróxido de hidrogênio, bacteriocinas etc.). A resistência à colonização pode ser prejudicada 
por fatores que comprometam a integridade das defesas do hospedeiro ou a estabilidade da microbiota residente, como 
os efeitos colaterais de terapia citotóxica ou o uso a longo prazo de antibióticos de amplo espectro (Johnston e Bodley, 
1972). Por exemplo, os últimos podem suprimir a microbiota oral residente, permitindo o crescimento excessivo de 
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populações anteriormente menores de leveduras orais. A tentativa de ampliar a resistência da colonização com o uso de 
terapia de substituição (na qual os microrganismos residentes são deliberadamente reimplantados), por exemplo, depois 
de terapia periodontal (Teughels et al., 2007) ou pelo uso de probióticos (Devine e Marsh, 2009) está sendo explorada, 
embora as evidências ainda sejam ambíguas com relação aos benefícios dos probióticos orais. 
As bactérias orais residentes são importantes na manutenção de muitos aspectos importantes dos sistemas digestório 
e circulatório, via metabolismo do nitrato alimentar. Aproximadamente 25% do nitrato ingerido é secretado na saliva, 
na qual as bactérias orais anaeróbicas facultativas residentes reduzem o nitrato a nitrito. O nitrito afeta inúmeros 
processos fisiológicos fundamentais, incluindo a regulação do fluxo sanguíneo, a pressão arterial, a integridade gástrica 
e a proteção tecidual contra lesões isquêmicas. O nitrito pode ser convertido a óxido nítrico no estômago acidificado. O 
ácido nítrico tem propriedades antimicrobianas e contribui para a defesa contra enteropatógenos e na regulação do fluxo 
sanguíneo da mucosa gástrica e na formação de muco. É importante mencionar que estudos já mostraram que o uso de 
um enxaguatório oral antimicrobiano (Govoni et al., 2008; Petersson et al., 2009) ou um antibiótico de amplo espectro 
(Dougall et al., 1995) reduziu a conversão microbiana de nitrato a nitrito com perda dos benefícios biológicos do nitrito, 
incluindo a redução da espessura do muco gástrico e desaparecimento da queda esperada da pressão arterial. 
 
■Observações finais 
A boca suporta o estabelecimento de diversas comunidades de microrganismos. Essas comunidades e aquelas presentes 
em outros hábitats no organismo têm um papel ativo e importante no desenvolvimento normal do hospedeiro e na 
manutenção da saúde. Os profissionais de saúde precisam ter consciência dos benéficos das funções da microbiota oral 
residente para que as estratégias do tratamento sejam mais focadas no controle do que na eliminação desses biofilmes 
naturais. Concluindo, as práticas de cuidado oral devem tentar manter a placa em níveis compatíveis com a saúde para 
reter as propriedades benéficas da microbiota oral residente enquanto previne o excesso microbiano que aumente o risco 
dedoenças dentárias. 
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